Mag 12

LHC CERN

LHC CERN

Quali sono gli obiettivi dell’LHC, in particolare dell’esperimento che si è svolto il 10 settembre 2008, e quali potrebbero essere le eventuali ricadute nella ricerca scientifica o eventualmente dal punto di vista pratico?
Quello che è successo il 10 settembre non è direttamente collegato con quello che ci aspettiamo di ottenere dall’ LHC (www.cern.ch/lhc). Abbiamo realizzato un test tecnico per verificare che l’acceleratore funzioni come ci si aspetta: per la prima volta i protoni sono stati fatti circolare lungo tutta la lunghezza dell’anello. Questo è il punto di partenza, ci sono già stati dei test nelle settimane passate, in cui è stata collaudata l’iniezione dei protoni nell’anello, però non era mai stato fatto il test completo.

Quindi abbiamo avuto protoni che circolavano solo in una direzione, e non vi sono nemmeno state collisioni, né i risultati di fisica che ci aspettiamo dall’ LHC, ma appunto un test di preparazione.

La fisica inizierà più tardi, probabilmente verso metà o fine ottobre, e quest’anno sarà limitata a verificare che gli esperimenti funzionino, che sia possibile raccogliere i dati, e non vi sarà un numero di collisioni sufficienti per poter estrarre nuovi risultati. Dall’anno prossimo invece comincerà tutto a regime completo.

Lo scopo dell’ LHC è simile allo scopo di acceleratori precedenti, cioè esplorare la materia nelle sue componenti più fondamentali, andare a identificare quali sono le particelle elementari che compongono l’universo, e quali sono le forze, le interazioni che governano le loro relazioni.

In particolare, noi abbiamo già ovviamente una teoria completa che descrive tutti i fenomeni che possiamo osservare, dall’elettromagnetismo alle interazioni deboli, dalle forze responsabili della radioattività, alle forze forti che tengono assieme protoni e neutroni all’interno del nucleo.

Questo schema teorico, che si chiama “modello standard” fa in aggiunta una predizione molto precisa: l’esistenza di questa particella che si chiama il Bosone di Higgs e che all’interno del modello ha il ruolo di dare massa alle altre particelle.

Sappiamo già che l’elettrone, i quarks, i bosoni W, hanno una massa; all’interno della teoria questa massa segue un meccanismo, che si chiama il meccanismo di Higgs, che prevede appunto l’esistenza di questa particella.

Questa particella non è mai stata vista perché è pesante ed è molto rara la sua produzione; l’LHC viceversa ha una energia e una intensità sufficientemente elevate (intensità vuol dire il numero di interazioni e il numero di collisioni che si possono raggiungere tra particelle) che finalmente dovrebbe permetterci di scoprire il Bosone di Higgs.

Come mai il Bosone di Higgs è stata definitala particella di Dio?”
E’ stato forse in parte un equivoco. Leon Lederman aveva scritto un libro sulle particelle, e aveva proposto un titolo considerato non sufficientemente colorito o sensazionalistico, e gli editori gli suggerirono questo nome.

La realtà è che una connessione tra questa particella e Dio, non è possibile più che per altre particelle; questa è certamente una particella importante, ma non è la più importante. E’ un’espressione nata per caso e che poi è rimasta nella letteratura e in un certo senso continua ad ossessionarci ancora oggi.

Si parla molto sia di presunti rischi di produzione di eventuali buchi neri, o “strangelets” (materia sconosciuta) sia comunque di paure irrazionali in questo senso da parte del pubblico.
Qui ci sono due componenti.

I media ovviamente hanno cavalcato questa cosa, perché l’hanno visto come uno strumento per interessare i lettori, per generare un evento mediatico.

In qualche misura però la responsabilità è forse anche dei fisici teorici che spesso, quando comunicano con il pubblico, con la stampa, utilizzano un linguaggio che tende ad essere sensazionalistico.

Devo dire che siamo stati anche guidati da esperti in comunicazione, per migliorare l’immagine che i fisici delle particelle hanno presso il pubblico, e sempre ci suggeriscono di usare questi termini grandiosi, queste analogie, queste metafore molto colorite; metafore appunto tipo “ricreare il Big Bang”, per esempio.

Queste idee sono entrate un po’ nella cultura, e i fisici non si sono resi conto che dare un messaggio tipo: “con i nostri esperimenti riproduciamo il Big Bang”, oppure “con i nostri esperimenti creiamo nuove forme di materia”, “nuove particelle mai viste prima, sconosciute”, e così via, può effettivamente suscitare paura in chi ascolta.

Sentendo le stesse parole, gli stessi termini, usati da un biologo che mi dicesse “io con questo esperimento voglio creare nuove forme di vita”, io stesso mi preoccuperei, perché non so fino a che punto manipolando il DNA non si possa magari generare cose perverse, come una nuova forma di AIDS o di Ebola.

Però il linguaggio è lo stesso, e noi in un certo senso ci siamo sempre illusi che il pubblico riesca a vedere la differenza tra il manipolare la vita, manipolare la materia organica (che è un sistema molto complesso, e dunque molto meno facilmente predicibile), e manipolare viceversa le particelle elementari, che è quello che facciamo noi, dove il controllo su quello che risulta da un certo esperimento, è viceversa perfettamente definito e predicibile dalle regole della fisica.

Quindi: aver messo assieme una improprietà di linguaggio da parte nostra, la mediazione di qualche persona nel pubblico che ha colto l’occasione per trovare dei pericoli e alimentare queste paure, la stampa che poi le ha riprese.

Qui l’errore della stampa, dal mio punto di vista, è stato non sottolineare che questo non è un dibattito tra scienziati, ma è un dibattito che avviene tra scienziati, i quali uniformemente e unanimemente sono convinti che non c’è assolutamente nessun rischio, e alcune persone che non sono scienziati, che non hanno le credenziali per poter discutere con cognizione di questi argomenti, ma che viceversa si sono fregiati del titolo di scienziati, per dare più credibilità alle loro affermazioni.

Non è vero in altre parole che ci sia in corso tra scienziati, tra fisici, una discussione sugli eventuali rischi. La comunità scientifica è unanimemente convinta che questi rischi non ci siano, perché questi esperimenti sono stati preparati, studiati in dettaglio utilizzando la scienza e le fisica ben note, per giungere alla conclusione che appunto non vi è nessun rischio.

Le due persone che hanno sollevato il problema, tra l’altro, non avrebbero titoli scientifici, né alcuna esperienza professionale in questi ambiti
Nessuno dei due effettivamente ha alcuna esperienza scientifica documentabile: il fatto stesso che non abbiano mai scritto un articolo scientifico che sia stato pubblicato su una rivista scientifica, né individualmente né sottoponendolo a peer review, lo sottolinea.

Purtroppo, con il web oggi tutti possiamo “diventare” “scienziati”, o “esperti”, scrivendo qualche riga e mettendola sul nostro sito web, e magari firmandoci come esperto di astrofisica. Sul web non esiste la validazione, la certificazione delle sorgenti che ci può essere sul giornale, dove il giornalista prima di presentare un’informazione si preoccupa di capire quale sia la fonte.

E la gente si spaccia per esperti, per scienziati, inventando persino affiliazioni con Università e Istituzioni, e a quel punto la gente viene indotta a credere di avere a che fare con degli esperti.

Come vede l’informazione sull’LHC e il CERN, e il modo in cui CERN e l’LHC stessi comunicano? Cosa si potrebbe fare per migliorare le informazioni e le idee recepite dalle persone sulla fisica e sui vostri esperimenti?
La parte scientifica della divulgazione sugli scopi di questi esperimenti è corretta; emerge da conversazioni che giornalisti hanno con noi del CERN (www.cern.ch), da nostre interviste, e quindi vengono riportate informazioni corrette e utili.

In un certo senso siamo tutti ben felici della grande esposizione che stanno avendo le nostre iniziative sui media; dispiace però che vi sia questa idea sensazionalistica e questa paura di presunti rischi.

Quello che ci auguriamo è che, passata questa fase di panico, la gente dimentichi questi aspetti, e magari torni a focalizzarsi sulla componente scientifica.

Noi facciamo moltissima divulgazione e cultura della scienza e della fisica: lo facciamo ad esempio attraverso i nostri contatti e attività con le scuole; al CERN abbiamo programmi di stage, che durano da una a tre settimane, per professori di fisica dei licei, che vengono da tutto il mondo, e ai quali raccontiamo le ultime novità della scienza; questo chiaramente ha un grande impatto, perché ogni professore poi ha accesso a tanti studenti, ai suoi colleghi, ai nostri siti web del CERN, che contengono in realtà tutte le informazioni necessarie, per esempio per rispondere a queste accuse sui pericoli.

E abbiamo appunto anche una pagina web sulla sicurezza, dove vi sono anche documenti in cui punto per punto viene dimostrata la fallacia di queste accuse.

Diciamo che cerchiamo di fare il nostro meglio, però d’altra parte il nostro compito è quello di fare la fisica.

Io per esempio, che sono profondamente coinvolto in questa questione, dove è più di un anno ormai che lavoro a tempo pieno, non ho più tempo di fare fisica, passo il tempo a leggere i blogs, a guardare in giro cosa succede, se c’è qualche novità. E oggi non possiamo permetterci di rispondere ad ogni blog e spiegare come stanno le cose.

Ci vuole quindi un minimo di sacrificio e impegno anche da parte della gente, per informarsi meglio, e non fermarsi a qualche notizia sensazionalistica, e senza basi concrete.

Purtroppo, che una grande rivista o un grande giornale pubblichi un giorno un articolo di due pagine, in cui si spiega come stanno le cose, è utile per quel giorno, ma c’è il rischio che la settimana dopo, se esce un’altra di queste notizie ad effetto, le persone si dimentichino completamente delle argomentazioni scientifiche della settimana precedente, e si ricomincia da zero.

La memoria del lettore purtroppo è molto molto breve, per la scienza così come per tanti altri eventi che sono pubblicati sui giornali.

Come vive la sua realtà di scienziato italiano che lavora all’estero da molti anni?
Io sono in Svizzera da quindici anni, è un periodo molto lungo che sono via dall’Italia.

E’ necessario però considerare la nostra comunità: la comunità dei fisici delle alte energie, dei fisici delle particelle, che è molto diversa dalla comunità per esempio dei biologi, dei ricercatori in campo medico, forse anche in campo economico. Perché siamo veramente una grande comunità: un numero di persone abbastanza piccolo, che lavora su progetti comuni che hanno sede in questi grandi laboratori internazionali, come può essere il CERN, o come può essere FermiLab (www.fnal.gov).

Ed è per questo che manteniamo i contatti tra noi; io ho lavorato per molti anni al FermiLab (Illinois, USA), dove però vi sono centinaia di italiani che lavorano, e dunque si crea un legame che poi resta; il fatto di essere un italiano che lavora al FermiLab, vuol dire poi partecipare alle conferenze organizzate in Italia per gli italiani, perché si è invitati, perché si condivide la lingua, perché partecipano ex colleghi di università.

Magari invece il biologo lavora con team più ristretti, e quando va a lavorare in qualche laboratorio americano, poi costruisce li il suo gruppo, e la sua attività, che in alcuni casi può essere addirittura in competizione con le attività di ricerca che si svolgono in Italia.

Quindi è importante soprattutto questo: le modalità di lavoro; come opera la nostra comunità, che è molto più internazionale, molto più aperta, con scambi molto più frequenti; il fatto stesso che proprio noi fisici abbiamo per così dire inventato il Web, è perché volevamo uno strumento per rendere ancora più semplice lo scambio di informazioni e la collaborazione, anche a grandi distanze.

Quindi in fondo non pensiamo al fatto che siamo lontani; chi ci pensa e chi evidentemente ne soffre, sono semmai le nostre famiglie; loro si, sono sradicate, e devono seguire quelli di noi che sono lontani per fare il loro lavoro.

Ma nel nostro lavoro non siamo isolati; è la vita personale, eventualmente, che ci fa sentire lontani.

Vi sono poi tanti italiani, spesso associati ad università italiane, e quindi comunque legati e attivi nel paese d’origine, che però passano tra i tre e i cinque mesi all’anno (ad esempio quando non devono insegnare) sul proprio esperimento che sta a Chicago, e anche in questi casi c’è un certo sradicamento.

Altra cosa importante da dire è che in Italia, fortunatamente per la nostra comunità, la fisica è veramente all’avanguardia. Noi siamo all’avanguardia, con tutti i nostri colleghi, quindi non è che uno “scappa” e va negli Stati Uniti perché in Italia mancano le risorse; in Italia le risorse sono molto buone, abbiamo i fondi per viaggiare, per partecipare ad iniziative importanti, grandi esperimenti come quelli del CERN; quindi si può fare benissimo fisica a questi livelli, forse non vivendo in Italia, ma certamente associati alle istituzioni italiane.

E in Italia abbiamo anche importanti laboratori, come Frascati, dove si realizzano esperimenti che a loro volta attraggono fisici dall’estero: dalla Germania, dal Giappone, dall’America, per dirne alcuni; quindi abbiamo un privilegio, la possibilità di fare tranquillamente ricerca ad altissimo livello, al livello più alto possibile, mantenendo i legami e in parte anche la presenza in patria.

Come potrebbe dal suo punto di vista il lavoro dello scienziato essere reso più comprensibile al grande pubblico?
Senz’altro con uno sforzo migliore, da parte nostra, nel comunicare. Dico migliore, non maggiore, perché in realtà di materiale ne esiste tanto, forse è proprio importante curare la qualità: ci vorrebbe uno studio più attento a come riuscire a trasmettere i messaggi giusti.

E’ poi cruciale, come dicevo prima, l’impegno di chi ascolta, che deve appunto impegnarsi a voler ascoltare.

Noi non possiamo metterci a produrre ad esempio programmi in prima serata, un’ora tutte le sere, in cui si spiega la fisica. Certo sarebbe uno strumento utile, una sorta di lavaggio del cervello, così come fanno telenovelas, programmi di giochi o intrattenimento prima e dopo il telegiornale; invece di proporre pacchi a sorpresa, potremmo proporre fisica. Avrebbe certamente un impatto notevole, però non credo sia possibile.

D’altra parte, ci sono già programmi come Superquark e tanti altri, ci sono pubblicazioni specializzate, inserti settimanali nei giornali, quindi l’informazione e la divulgazione secondo me ci sono.

Forse in Italia sarebbe importante, dal mio punto di vista, una maggiore partecipazione della politica, dei politici e degli uomini di cultura; e magari tornare ad enfatizzare maggiormente il valore e il ruolo della ricerca fondamentale, laddove viceversa in Italia quando si parla di cultura, tipicamente si parla della cultura letteraria e filosofica, e c’è un atteggiamento generale in Italia in cui la scienza e la ricerca sembrano secondarie rispetto ad altre forme di cultura; in questo si potrebbe migliorare senz’altro.

Come vede un possibile rapporto e un possibile dialogo tra scienza e religione?
Il dialogo è certamente possibile, e positivo, però credo che sia un errore, quando si cerca di forzare la religione nella scienza e viceversa, di andare a identificare necessariamente i punti comuni.

Premetto che non sono religioso, non sono nemmeno battezzato, però da quello che capisco la forza della religione è la fede.

Allora, nel momento in cui dalla fede cerchiamo di trasferire alla scienza il ruolo di convincere la persona, o di farle sentire un contatto più forte con Dio, con la religione, secondo me stiamo facendo un errore.

Quindi, da un lato lo scienziato deve accettare che il non poter dimostrare con un foglio di carta l’esistenza di Dio, non significa che Dio non esista, perché stiamo lavorando su piani completamente diversi.

Dall’altra parte il religioso deve capire che come l’Universo funziona è un dato di fatto, che prescinde da come il Dio in cui crede può aver deciso di organizzare l’Universo. Può darsi che le leggi della fisica siano state scelte da un essere superiore, ma noi non ci poniamo questo problema, noi ci poniamo il problema di capire come funziona la fisica, come funziona l’universo.

Quindi le due cose possono convivere benissimo, in quanto possono alimentarsi l’un l’altra attraverso lo scambio di idee. Non credo che questo sia possibile in termini pratici, nel senso che la religione possa far migliorare la fisica da un lato, o che la scienza possa rendere la gente più credente dall’altro, però come scambio culturale e filosofico di idee, è assolutamente importante.

Quindi la scienza non può dimostrare né che Dio esista, né che Dio non esista?
Certamente non può dimostrare né l’uno né l’altro. Non può dimostrare che Dio non esiste (come si fa a dimostrarlo?), e lo stesso non può fare per il contrario.

D’altra parte, la dimostrazione che Dio esiste sarebbe automaticamente la dimostrazione che non esiste; perché se lo dimostri vuol dire che è qualcosa che puoi comprendere, identificare e controllare, e quindi in un certo senso ti potresti porre sopra di Lui; e verrebbe meno il ruolo divino al di sopra del tutto; sarebbe un controsenso, come hanno spiegato molto prima di me Sant’Agostino e tanti pensatori che lo hanno preceduto o seguito, e da questo punto di vista a mio parere non è cambiato assolutamente nulla da allora.

Un recente esperimento ENEA di produzione di immagini simil sindoniche con laser ad altissima potenza, sembra portare una nuova luce, scientifica, sulla Sindone
Questo è stato un esperimento scientifico, per cui se i risultati sono corretti, nulla da eccepire sugli stessi. Potremmo parlare della Sindone, ma potremmo parlare anche dei miracoli in generale, e della dimostrazione scientifica del miracolo; certamente qui si entra però in un terreno in cui è molto difficile trarre delle conclusioni.

Lo scienziato è aperto al fatto che ci possano essere dei fenomeni che ancora non capisce: questo è il motivo per cui costruiamo l’ LHC, per scoprire cose che sono al di la di quelle che osserviamo.

Sappiamo che nell’universo la materia che conosciamo, i protoni, gli elettroni, etc. sono solamente il 3% di quello che vediamo; c’è un altro 25% di componente massiccia dell’universo, che non sappiamo cosa sia, però non è che si possa dire che questa sia la prova dell’esistenza di Dio. Questo vuol dire che dobbiamo andare avanti e trovare un’altra legge che lo spieghi.

Quindi anche fenomeni associati a miracoli, potrebbero a loro volta far parte di questa classe di processi. Ben venga quindi la ricerca su queste cose, però alla fine la valutazione deve essere una valutazione basata sulla fede, dal punto di vista del credente.

Non posso escludere per altro che possa arrivare un giorno un esperimento, o un fenomeno scientifico che sia assolutamente al di la della logica e della comprensibilità.

Per fare un esempio semplice, se domani la luna, invece che continuare a girare da destra verso sinistra, si fermasse e tornasse a girare nella direzione opposta, si avrebbe un evento che non sarebbe in alcun modo compatibile con la fisica che conosciamo adesso, o che conosceremo in futuro.

E si potrebbe evidentemente dire che c’è “qualcuno” che ha il potere di cambiare addirittura le regole con cui funziona il mondo; stiamo parlando ovviamente di scenari che sono abbastanza implausibili, ma di fronte a una eventuale dimostrazione che le regole con cui funziona il mondo possono essere cambiate da questo “qualcuno” a piacimento, ovviamente tante persone potrebbero iniziare a pensare diversamente il proprio atteggiamento verso la religione.

Di Paolo Centofanti, SRM.

Fonte: http://www.srmedia.org

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E la mente di Dio?

E la mente di Dio?

Michio Kaku è uno dei più eminenti fisici teorici attualmente viventi e si occupa del campo più avanzato della fisica teorica contemporanea: l’universo delle superstringhe.
Non si pensi però ad un arcigno e complicato professore, anzi, il suo motto è: Take it easy!
Infatti uno dei suoi meriti è facilitare la comprensione di una materia che se può non sembrare per tutti ha però la forza di trasformare un’ intera visione del cosmo. M. Kaku lo fa un po’ giocando e un po’ lasciandosi stupire come un poeta. Si percepisce bene questa sua qualità nel libro Il Cosmo di Einstein dove riporta, tra gli altri, con piglio divertito, questo aneddoto del suo beneamato e compianto collega, da cui ha ereditato il sogno di una teoria unica
.

Un giorno, fu chiesta a Einstein la formula del suo successo, e la risposta fu: «x+y+z dove x sta per lavoro, y per gioco…».

«E z?». Gli chiese il suo interlocutore sollecitando la lunga pausa di silenzio.

«Tenere la bocca chiusa!».

Scienza e Conoscenza, grazie alla collaborazione dell’astrofisico Massimo Teodorani, ha intervistato M.Kaku sottraendolo un poco dal suo impegno di conferenziere mondiale in cui si trovava impegnato per celebrare il centenario di Einstein. Le tematiche della conversazione riguardano la teoria delle superstringhe, la struttura dell’universo e il modo in cui le possibili intelligenze viventi in questo vasto universo si rapportano con esso.

Massimo Teodorani: Puoi spiegarci in che modo la teoria delle superstringhe rappresenta una rivoluzione nel panorama della fisica teorica contemporanea, in confronto alla relatività e alla meccanica quantistica? In che modo essa riesce a unificare tutte le forze della fisica?

Micho Kaku: Esistono quattro forze che regolano l’universo. La forza gravitazionale è descritta dalla relatività, che offre una spiegazione del mondo su vasta scala, per esempio dei buchi neri e dell’universo in espansione.

Le altre tre forze (la forza elettromagnetica e le forze nucleari debole e forte) sono descritte dalla teoria dei quanti (la teoria del molto piccolo, come la fisica sub-atomica). È notevole che tutte le conoscenze fisiche, alla fin fine, sono contenute in queste due teorie: relatività e teoria quantistica. Questo è il risultato più importante della fisica del ventesimo secolo. Tuttavia, queste due teorie sono molto diverse, ed è un mistero il fatto che non sia possibile combinarle facilmente in una teoria unificata.

Per mezzo secolo, i più importanti fisici del mondo hanno cercato di unificare queste due grandi teorie, fallendo. Finora, l’unica teoria che è riuscita nell’intento è quella delle stringhe.

Per migliaia di anni, dai tempi degli antichi greci, gli scienziati hanno pensato che la materia consistesse di particelle minuscole. La teoria delle stringhe è diversa. Si basa sulla semplice idea che ciascuna delle centinaia di particelle subatomiche che osserviamo in natura si manifesti come vibrazioni di una corda, la quale assomiglia a un elastico molto sottile. Ciascuna vibrazione corrisponde a una particella subatomica. La stringa, muovendosi, costringe lo spazio-tempo circostante ad arrotolarsi, come Einstein aveva predetto. In tal modo, otteniamo una splendida unificazione della teoria dei quanti e della relatività. È l’unica teoria che possa vantare un simile risultato.

Cos’è la “M-brane theory”, e in che modo essa espande la teoria fondamentale delle superstringhe?

La teoria delle stringhe si basa su corde sottili che vibrano in un iperspazio a dieci dimensioni (il nostro mondo familiare possiede solo quattro dimensioni: tre dello spazio e una del tempo).

Ma la cosa strana è che esistono cinque teorie delle stringhe, il che sembra eccessivo. Secondo Einstein, le leggi dell’universo dovevano essere uniche, quindi cinque universi auto-consistenti sembrano troppi. Ma nella “M-theory” postuliamo che l’universo abbia undici dimensioni e contenga membrane (come una sfera). L’importanza della M-theory sta nel fatto che può spiegare perché esistono cinque diverse teorie della stringhe. Se prendiamo una sfera e la tagliamo lungo l’equatore, otteniamo un anello. Quindi, eliminando una dimensione, una sfera diventa un anello (stringa circolare).

Similmente, è possibile dimostrare che esistono cinque modi per sezionare o ridurre una sfera a undici dimensioni in un anello a dieci dimensioni. Per cui, tutte e cinque le teorie delle stringhe sono manifestazioni dello stesso oggetto. La M-theory è una versione più avanzata della teoria delle stringhe, ma è la stessa teoria. Sebbene la teoria delle stringhe sia abbastanza definita, finora conosciamo poco della struttura complessiva della M-theory vera e propria. Quest’ultima è ancora un mistero.

Quali sono gli esperimenti più interessanti in programma per dimostrare la teoria delle superstringhe, anche indirettamente?

La teoria delle stringhe non può essere provata direttamente, perché è una teoria dell’universo. Ogni soluzione corrisponde a un universo intero. Quindi, per verificare completamente la teoria, bisogna creare un universo in miniatura in laboratorio, il che è impossibile. Tuttavia, sono possibili delle prove indirette. Quando, per es. l’acceleratore di particelle Large Hadron Collider entrerà in funzione al CERN, in Svizzera, e speriamo di riuscire a produrre nuove strane particelle previste dalla teoria delle superstringhe, chiamate “sparticelle” o super particelle.

Inoltre, nel 2011 verrà lanciato un nuovo, potente satellite chiamato “LISA” (Laser Interferometry Space Antenna), che potrebbe riuscire a cogliere l’onda d’urto dell’istante della creazione. Esso consiste di tre satelliti spaziali, collegati da fasci laser, che compongono nello spazio un triangolo di cinque milioni di chilometri di diametro. Esso potrebbe catturare qualsiasi onda gravitazionale dell’istante originario del big bang che ancora fluttui nell’universo. Ciò permetterà di confrontare i dati sperimentali con le previsioni della teoria delle stringhe.

Sono in corso altri esperimenti per verificare le sottili deviazioni della teoria newtoniana della gravità, secondo la quale la forza di gravità diminuisce con l’inverso del quadrato della distanza. Se la gravità diminuisse con l’inverso del cubo della distanza, avremmo una prova diretta di una quinta dimensione (infatti, la gravità si dissiperebbe in questa dimensione superiore).

Infine, speriamo che la scoperta della materia oscura possa offrire contributi alla teoria delle stringhe, perché la materia oscura potrebbe essere fatta di vibrazioni superiori delle stringhe.

In che modo la teoria delle stringhe espande e/o conferma i nostri attuali modelli cosmologici, e come vengono descritte la materia oscura e l’energia oscura nell’ambito di questa teoria?

La materia oscura rappresenta il ventitré per cento dell’universo (per contrasto, gli atomi sono solo il quattro per cento). Questa materia oscura è invisibile e costituisce la maggior parte della materia nell’universo, avvolgendo le galassie in un alone invisibile. È possibile che la materia oscura sia composta di sparticelle, super particelle o vibrazioni superiori delle stringhe. Alcune sparticelle hanno carica neutra, possiedono massa e obbediscono precisamente alle proprietà della materia oscura. Oggi, in qualsiasi momento uno scienziato potrebbe annunciare di aver catturato in laboratorio una particella di materia oscura. In tal modo, potremmo avere una prova indiretta della teoria delle stringhe, studiando o perfino catturando materia oscura in laboratorio.

L’energia oscura, invece, rappresenta il settantré per cento dell’universo. È l’energia del vuoto. Ora come ora, nessuno sa da dove viene questa energia. Sono state fatte molte ipotesi, incluse quelle dei teorici delle stringhe, ma per il momento nessuna teoria è stata accettata dalla comunità scientifica. È ancora un mistero per tutti.

La teoria delle stringhe richiede necessariamente un universo multidimensionale. Quanto sono grandi queste dimensioni rispetto ai tre assi X, Y e Z del nostro dominio spaziale?

In natura non vediamo queste dimensioni superiori. Il fumo, per esempio, riempie una stanza, ma non scivola misteriosamente in un’altra dimensione, sparendo dal nostro universo.

Nella teoria delle stringhe a dieci dimensioni, si pensava che sei delle dieci dimensioni fossero arrotolate o intrecciate in una piccola sfera. Ma da quando è comparsa la M-theory, alcuni pensano che il nostro universo sia una specie di membrana che galleggi in un iperspazio a undici dimensioni. Alcune di queste sette nuove dimensioni possono essere molto grandi, anche infinite. Per cui, nella M-theory, alcune di queste dimensioni non devono essere piccole. Sfortunatamente, siamo bloccati nella nostra membrana e non possiamo saltare nell’iperspazio. Siamo come mosche sulla carta moschicida: non possiamo saltare in una dimensione più vasta. Ma poiché la gravità può muoversi tra gli universi, se misuriamo la forza di gravità a piccole distanze, potremmo riuscire a scoprire che la gravità si dilegua dal nostro universo verso una dimensione superiore. Oggi, in tutto il mondo, si stanno facendo molti esperimenti per verificare questa idea.

Puoi spiegarci qual è il rapporto tra una natura multidimensionale – come il modello a undici dimensioni predetto dalla M-brane theory – e l’idea del cosiddetto “multiverso”? Qual è la differenza tra gli universi paralleli e le dimensioni di ordine superiore, e come si relazionano tra loro?

Oggi, la teoria che meglio spiega gli ultimi dati satellitari si chiama inflazione. Essa si basa sull’idea che il nostro universo un tempo conobbe un’espansione rapidissima. Ma l’inflazione sostiene anche che se questo è successo una volta, può succedere ancora. Cioè: i big bang accadono continuamente, anche mentre stai leggendo questo articolo. Se così fosse, gli universi (come bolle di sapone) potrebbero dividersi in due bolle di sapone più piccole. Di fatto, bolle di sapone minuscole possono spuntare o formarsi in qualsiasi momento. Questa è la teoria più realistica degli universi paralleli. Questo viene chiamato multiverso.

Ma in che modo avviene questa inflazione? Per rispondere, abbiamo bisogno di una teoria più basilare dell’inflazione, che potrebbe essere quella delle stringhe. In quest’ultima, tali universi potrebbero essere simili a bolle di sapone che galleggiano nell’iperspazio a undici dimensioni. La maggior parte di questi universi paralleli sono probabilmente morti e consistono di una nebbia senza vita di particelle subatomiche, obbedienti a diverse leggi della fisica. Ma taluni di questi universi potrebbero anche assomigliare molto al nostro.

Come cambia il concetto di campo in fisica quando si passa dalla relatività tradizionale e la meccanica quantistica alla teoria delle superstringhe? E cosa accade alla legge di conservazione dell’energia?

Tutta la fisica, oggi come oggi, è definita in termini di campi. Questi ultimi vennero introdotti da Michael Faraday nel XIX sec. Pensa alle linee del campo magnetico che permeano tutto lo spazio, come la tela di un ragno. A ogni punto dello spazio e del tempo assegniamo una serie di numeri che viene chiamata campo.

L’elettricità, il magnetismo, la gravità e le forze nucleari sono tutte formulate nel linguaggio dei campi. Tuttavia, quando la teoria delle stringhe venne formulata per la prima volta, nel 1968, essa consisteva di un miscuglio di teorie prive di relazioni. Era tutto molto confuso. Ciò che volevo era una teoria di campo delle stringhe, che potesse esprimere la teoria delle stringhe tramite un’equazione lunga un pollice. Grazie a K. Kikkawa, siamo riusciti a riformulare tutta la teoria delle stringhe nel linguaggio dei campi. La nostra equazione è lunga solo un pollice. La nostra teoria di campo delle stringhe è ora una riformulazione riconosciuta di tutta la teoria della stringhe.

Ma oggi, con la comparsa della M-theory, sappiamo che oltre alle stringhe devono esserci le membrane, e forse abbiamo bisogno di una nuova teoria di campo per esprimere tutta la M-theory espressa da un’equazione lunga un pollice. Finora, nessuno è riuscito a farlo.

Dal punto di vista epistemologico, la teoria delle stringhe viene considerata una sorta di teoria olistica o una versione allargata di una teoria riduzionista?

Il riduzionismo cerca di ridurre l’universo alle sue componenti minime, fondamentali. L’olismo cerca di vedere l’universo nella sua interezza.

Da questo punto di vista, le origini della teoria delle stringhe sono ironiche. Nel 1968 venne scoperta per caso, mentre si cercava di spiegare le particelle sub-atomiche osservate frantumando gli atomi, un procedimento tipicamente riduzionista. Ma quando i fisici vollero spiegare le particelle risultanti da tale frantumazione degli atomi, scoprirono centinaia di particelle sub-atomiche. Sembrava che il metodo riduzionista stesse entrando in crisi.

Oggi, molti fisici ritengono che questa giungla di particelle possa essere espressa attraverso la teoria delle stringhe. Ma poiché la teoria delle stringhe include automaticamente la teoria einsteiniana della relatività, essa fornisce una descrizione dell’universo intero, il che è un concetto olistico. Quindi, anche se le origini della teoria delle stringhe sono riduzioniste, le sue conclusioni sono olistiche. Anziché descrivere soltanto particelle minuscole, ha finito con il descrivere l’universo.

Qual è il ruolo dell’osservatore nella teoria delle superstringhe, se assumiamo che una conferma sperimentale di una simile teoria sia possibile? Come opera il principio di indeterminazione quantistica in tale caso?

La teoria delle stringhe è una teoria quantistica. Rispetta tutti i principi della teoria quantistica postulati nel 1925. Dunque, segue il principio di indeterminazione. Con ciò, vogliamo dire che devono esserci piccole fluttuazioni nella fisica newtoniana o einsteiniana che la rendono “confusa” e indeterminata. Per questo, non possiamo sapere con esattezza la posizione e la velocità di un elettrone. Non possiamo conoscere esattamente nemmeno la natura dello spazio-tempo, a causa di queste piccole fluttuazioni.

Dunque, intorno allo spazio-tempo devono esistere piccole fluttuazioni che lo rendono leggermente incerto.

Di solito, le fluttuazioni quantistiche sono piccole, come nell’atomo. Ma i fisici rimasero scioccati quando scoprirono che nella gravità queste fluttuazioni diventano infinite, rendendo inutile una teoria quantistica della gravità. Fu una tragedia. I fisici spesero decenni interi nel tentativo di eliminare questi infiniti, senza riuscirci. Solo nella teoria delle stringhe queste fluttuazioni possono essere tenute sotto controllo. Di fatto, finora questa è l’unica teoria che abbia questa notevole caratteristica.

Cosa pensi, come fisico teorico, del progetto SETI? Credi che dal punto di vista scientifico sia meglio cercare civiltà extraterrestri presumibilmente antropomorfe usando il SETI standard (“Microwave Observing Project e Optical SETI”) o altre metodologie come:
a) la ricerca astronomica di un eccesso infrarosso generato da civiltà di Tipo II che siano riuscite a costruire “sfere di Dyson” intorno al loro sistema stellare, e forse anche grandi “arche di Dyson” in (relativamente) lento viaggio da una stella all’altra; b) civiltà di Tipo III presumibilmente in grado di compiere veloci visite in tutta la galassia, incluso il nostro pianeta?

Credo che sia praticamente certo che nello spazio esistano civiltà avanzate. Ci sono cento miliardi di galassie visibili dai nostri telescopi, ognuna con circa cento miliardi di stelle. Quindi, esistono centomila miliardi di stelle nell’universo visibile, e ritengo probabile che esseri intelligenti vivano in alcune di esse.

In ogni caso, raggiungere la Terra da una stella lontana richiede una tecnologia avanzata, probabilmente di Tipo III (una civiltà che detiene il controllo di un’intera galassia). Una tale civiltà sarebbe più progredita di noi di centinaia di migliaia, se non di milioni di anni. Si può calcolare che in una civiltà di Tipo III si raggiungano le energie in cui predomina la teoria delle stringhe. Quindi, una civiltà del genere potrebbe essere in grado di sondare direttamente, o persino manipolare, la teoria delle stringhe. In ogni caso, noi siamo una civiltà di Tipo 0 (cioè, deriviamo la nostra energia da piante morte, come il petrolio e il carbone), quindi energie del genere possiamo solo sognarle.

Tuttavia, il progetto SETI finora non ha scoperto niente. La mia opinione è questa: se stai camminando in una strada di campagna e vedi un formicaio, non ti chini a dire alle formiche: «Vi porto ciondoli e collanine. Vi porto l’energia nucleare. Vi porto la biotecnologia. Conducetemi dal vostro capo». Piuttosto, le calpesti e basta.

Allo stesso modo, è piuttosto presuntuoso ritenere che civiltà di Tipo III desiderino contattare noi, civiltà di Tipo 0, per trasmetterci la loro tecnologia avanzata. È più probabile che siamo troppo primitivi per essere interessanti (in realtà, il rischio maggiore non è che essi ci invadano, ma che facciano “piazza pulita” del nostro formicaio, per costruire qualche autostrada interstellare, senza nemmeno comprendere di aver cancellato una civiltà primitiva di Tipo 0).

Come può essere che una tecnologia aliena super-evoluta, in grado di padroneggiare “l’energia di punto zero”, possa creare la cosiddetta “warpdrive”? Puoi spiegarci in che modo una civiltà aliena in grado di imbrigliare l’energia di Planck possa manipolare lo spazio e il tempo?

Secondo la teoria di Einstein, se riesci ad accumulare abbastanza energia negativa (una forma esotica di energia che è stata prodotta in laboratorio), è possibile creare un “wormhole”, un cunicolo in grado di collegare due punti distanti nello spazio e nel tempo, come nei film di fantascienza. Al livello dell’energia di Planck, l’energia propria della teoria delle stringhe, sono possibili enormi distorsioni dello spazio-tempo, sufficienti a una civiltà evoluta per curvare la struttura dello spazio e del tempo. Anche se tutto ciò è solo un’ipotesi, usando la teoria di Einstein si può riuscire a spezzare la struttura dello spazio-tempo, e quindi a usare wormhole per creare macchine del tempo e come metodo di “iper-propulsione”.

C’è un problema: le correzioni quantistiche possono sigillare il wormhole non appena ci entri, oppure le radiazioni possono ucciderti. Per risolvere questi problemi, c’è bisogno di una teoria quantistica della gravità, come la teoria delle stringhe. Ma in questo momento la teoria delle stringhe non è ancora abbastanza sviluppata per offrire una risposta a tali questioni.

Cos’è la “Creazione” per un fisico teorico? Un concetto filosofico e/o religioso, o un possibile nuovo concetto scientifico?

Nel pensiero giudaico-cristiano c’è stato un momento di Genesi, in cui l’universo è stato creato. Nel buddismo invece non c’è creazione, ma solo Nirvana, che è fuori dal tempo, senza inizio né fine. Per cui, abbiamo una contraddizione. O l’universo ha un inizio o non ce l’ha; non esiste via di mezzo.

Al contrario, nella fisica si sta facendo strada una nuova idea, che unisce queste due concezioni in modo soddisfacente. Oggi crediamo (ma non possiamo ancora dimostrarlo) che la Genesi stia accadendo a ogni istante nell’oceano atemporale di un Nirvana iperspaziale a undici dimensioni. Come bolle di sapone che continuamente si dividono in altre bolle di sapone, crediamo che il nostro universo stia galleggiando in un iperspazio a undici dimensioni, insieme a un numero infinito di universi paralleli.

Dove è la “Mente di Dio”, secondo la versione “M-brane ” della teoria delle superstringhe? E qual è, secondo te, la religione che oggi si avvicina di più a tutto ciò?

Nella teoria delle stringhe, le particelle subatomiche corrispondono alle note della corda vibrante. La fisica non è che l’armonia di queste corde vibranti. La chimica consiste nelle melodie che si possono suonare su tali corde. L’universo è una sinfonia di corde, e la mente di Dio, su cui Einstein ha scritto tanto eloquentemente, corrisponderebbe alla musica cosmica che risuona in un iperspazio a undici dimensioni.

Qual è la “formula” più semplice per descrivere un fisico innovativo, oggi? Che consiglio daresti ai giovani che vogliono intraprendere una carriera in fisica?

Oggi, per essere un fisico, devi avere la passione per le idee più avanzate e rivoluzionarie, oltre a essere disposto a fare sacrifici per realizzare il tuo sogno. Ma poiché la teoria delle stringhe non è completa, le giovani menti hanno molto spazio per offrire contributi significativi. Forse, un giovane che stia leggendo questo articolo ne trarrà ispirazione per completare il sogno einsteiniano di una teoria del tutto.

A cura di Massimo Teodorani.

Fonte: http://www.scienzaeconoscenza.it

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